Beschreibung

Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids, Sensorvorrichtung und Verwendung in einem Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Sensorvorrichtung zur Verwendung in einer derartigen Anordnung und die Verwendung einer solchen Anordnung in einem Kraftfahrzeug.

Die Bestimmung einer Kenngroße eines Fluids ist unter anderem im Automobilbereich von großer Bedeutung, um Eigenschaften von Kraft-, Schmier- und sonstigen Betriebsmitteln zu erfas- sen. Beispielsweise kann durch ein frühzeitiges Erkennen ei ^¬ nes kritischen Nachlassens der Viskosität und somit der Schmierfahigkeit eines Ols erkannt werden, dass das Ol zum störungsfreien Betrieb eines Verbrennungsmotors ersetzt wer ^¬ den muss. Darüber hinaus kann die Viskosität Auskunft über die Alterung von ölen und das Mischungsverhältnis von Kraft- stoffgemischen, beispielsweise Benzin-Ethanol oder Biodiesel- Gemischen, insbesondere Raps-Methyl-Ester-Gemischen, geben. Auch andere Kenngroßen, wie beispielsweise eine aktuelle Stromungsgeschwindigkeit eines Fluids in einem Schmier- oder Kuhlkreislauf sind von Bedeutung.

Methoden zur Bestimmung einer Viskosität umfassen unter anderem Verfahren zum Bestimmen einer Dielektrizitätskonstanten, Ultraschallmethoden oder einfache computerimplementierte Be- rechnungsverfahren, die basierend auf eine Einsatzzeit, ver ^¬ wendeten Motorparametern, gemessenen Temperaturen und ahnlichen Werten beispielsweise den Verschleiß eines Motorols be ^¬ stimmen . Im Unterschied zu solchen indirekten Methoden soll durch die vorliegende Anmeldung eine möglichst einfache Anordnung be ^¬ schrieben werden, durch die eine direkte Bestimmung einer Kenngroße eines Fluids ermöglicht wird. Darüber hinaus soll

eine Sensorvorrichtung zur Verwendung in einer solchen Anordnung angegeben werden.

Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Be- stimmen einer Kenngroße eines Fluids gelost, die folgende Elemente aufweist:

- ein beweglich aufgehängtes Messelement mit bekannter Geo ^¬ metrie, das von einem ersten zu einem zweiten Messpunkt in- nerhalb des Fluids bewegbar ist,

- ein Ruckhalteelement, durch das das Messelement an dem ers ^¬ ten Messpunkt festhaltbar ist,

- ein Vorschubelement, durch dass das Messelement in Richtung des zweiten Messpunktes mit einer vorbestimmten Kraft aktiv beschleunigbar ist, und

- eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Ruckhalteelement und/oder das Vorschubelement anzusteuern, um das Messelement zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt zu bewegen, eine Zeitdauer zu ermitteln, die das Messelement benotigt, um zwischen dem ersten Mess ^¬ punkt und dem zweiten Messpunkt bewegt zu werden, und ba ^¬ sierend auf der bestimmten Zeitdauer, der vorbestimmten Kraft und der bekannten Geometrie eine Kenngroße des Fluids zu bestimmen.

Durch die Bestimmung einer Zeitdauer, die ein beweglich aufgehängtes Messelement benotigt, um unter Einwirkung einer vorbestimmten Kraft eines Vorschubelementes einen vorbestimmten Weg durch das Fluid zurückzulegen, kann die Steuervor- richtung in einfacher Weise eine Kenngroße des Fluids ermit ^¬ teln.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ruckhalteelement dazu eingerichtet, das Messelement in Richtung des ers- ten Messpunktes zu beschleunigen. Durch die Beschleunigung des Messelementes in Richtung auf den ersten Messpunkt kann die Messung beliebig oft wiederholt werden, in dem das Mess-

element zu dem Ausgangspunkt, dem ersten Messpunkt, zuruckbe- wegt wird.

Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung umfassen das Ruckhalteelemente oder das Vorschubelement ein Federelement oder ein elastisches Haltelement, das dazu geeignet ist, das Messelement in Richtung des ersten beziehungsweise zweiten Messpunktes zu beschleunigen. Die Verwendung eines Federele ^¬ mentes ermöglicht eine einfache, weitgehend gleich bleibende Beschleunigung in Richtung der Federspannung.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst das Messelement ein magnetisches oder paramagnetisches Material und das Ruckholelement und/oder das Vorschubelement eine Spu- Ie zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, wobei das elektromagnetische Feld dazu geeignet ist, das Messelement in Richtung des ersten beziehungsweise zweiten Messpunktes zu beschleunigen. Durch Verwendung einer Spule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes kann eine vorbestimmte Anzie- hungs- oder Abstoßungskraft in Richtung des ersten oder zwei ^¬ ten Messelementes ausgeübt werden.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen weist die Anordnung einen ersten oder einen zweiten Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein erstes beziehungsweise ein zweites Sig ^¬ nal auszugeben, wenn sich das Messelement an dem ersten beziehungsweise dem zweiten Messpunkt befindet. Durch Verwen ^¬ dung eines ersten beziehungsweise zweiten Sensors, kann der Zeitpunkt des Verlassene beziehungsweise Erreichens des ers- ten beziehungsweise zweiten Messpunktes einfach bestimmt wer ^¬ den.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst die Anordnung einen ersten oder einen zweiten Sensor, wobei der erste beziehungsweise der zweite Sensor als Schaltkontakte ausgebildet sind, die beim Verlassen des ersten beziehungs ^¬ weise beim Erreichen des zweiten Messpunktes einen Stromkreis

schließen oder offnen. Durch das Offnen beziehungsweise Schließen eines Stromkreises beim Verlassen des ersten beziehungsweise Erreichen zweiten Messpunktes kann die Steuervorrichtung auf einfache Weise die Zeitdauer ermitteln, die das Messelement benotigt, um von dem ersten zu dem zweiten Mess ^¬ punkt zu gelangen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die vorbestimmte Kraft und die Geometrie des Messelementes derart dimensioniert, dass das Messelement mit einer Geschwindigkeit von dem ersten Messpunkt zu dem zweiten Messpunkt bewegbar ist, bei der sich eine laminare Strömung in dem Fluid ausbil ^¬ det. Bei Ausbildung einer laminaren Strömung in dem Fluid ist eine besonders einfache und genaue Messung und Berechnung der Kenngroße möglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verlauft die Bewegung des Messelementes von dem ersten zu dem zweiten Messpunkt im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene. Da- durch, dass das Messelement sich in einer horizontalen Ebene, also senkrecht zur Schwerkraft, bewegt, wird die beschriebene Anordnung unabhängig von der auf sie einwirkenden Schwerkraft.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Messelement an einem in einer Raumrichtung beweglichen Schwingarm aufgehängt. Durch die Aufhangung an einem Schwingarm kann eine Fuhrung des Messelementes entlang einer Messstrecke sichergestellt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Messelement biegsam ausgestaltet und in einem Fixpunkt fest eingespannt ist. Durch Verwendung eines biegsamen Messelementes kann auf die Verwendung eines mechanischen Lagers ver- ziehtet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anordnung ein Sensorelement zur Bestimmung der Durchbiegung des biegsamen Messelements umfasst. Mittels der Bestimmung der Durchbiegung kann auf die Position des Messelementes ge- schlössen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, das Ruckhalteelement und/oder das Vorschubelement derart anzusteuern, um das Mess- element aus einer Ruheposition in eine ausgelenkte Position und zurück in die Ruheposition zu bewegen. Durch Auslenkung des Messelementes aus einer Ruheposition kann eine einfache, wiederholbare Messung durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung fallen der erste Messpunkt und/oder der zweite Messpunkt raumlich mit der Ruheposition zusammenfallen. Durch die zweifache Verwendung der Ruheposition als Messpunkt kann auf die Verwendung zusatzlicher Messpunkte verzichtet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anordnung einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur des Fluids. Durch Bestimmung der Temperatur des Fluids kann ein Temperaturausgleich bei der Bestimmung der Kenngroße durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Anordnung einen Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Beschleunigung der Anordnung in einer horizontalen Ebene. Durch Bestimmung der Beschleunigung der Anordnung kann ein Ausgleich für wahrend der Messung auftretende externe Beschleu- nigungskrafte durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die bestimmte Kenngroße des Fluids mindestens einen der folgenden Parameter: eine Viskosität, ein Stromungsgeschwindigkeit, ei ^¬ nen Verschmutzungsgrad, einen Alterungsgrad, eine Schmierfa-

higkeit oder ein Mischungsverhältnis. Durch Bestimmung einer oder mehrerer der oben genannten Parameter kann ein Fluid besser charakterisiert werden.

Die zugrunde liegende Aufgabe wird ebenso gelost durch eine Sensorvorrichtung zur Verwendung in einer derartigen Anordnung gemäß dem Patentanspruch 19.

Die beschriebene Anordnung eignet sich insbesondere zur Ver- wendung in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Straßen ^¬ oder Schienenfahrzeug, einem Flugzeug oder einem Schiff, ge ^¬ mäß einem der Ansprüche 20 oder 21.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausfuhrungsbeispielen anhand von Zeichnungen naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der wirkenden Kräfte in einer horizontalen Anordnung,

Figur 2 eine Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 3 eine Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines

Fluids gemäß einer weiteren Ausgestaltung,

Figur 4 eine Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines

Fluids gemäß einer weiteren Ausgestaltung,

Figur 5 eine Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids gemäß einer weiteren Ausgestaltung und

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Kugelviskosime- ters gemäß dem Stand der Technik.

Zunächst wird die Bestimmung einer Kenngroße eines Fluids, hier deren Viskosität, anhand einer bekannten Anordnung erläutert. Hierzu zeigt Figur 6 den schematischen Aufbau eines Kugel- oder Fallkorperviskosimeters, bei dem ein Fallkorper 1 in der Regel eine Kugel mit bekanntem Radius r durch eine Flussigkeitssaule 2, deren Viskosität bestimmt werden soll, zu Boden fallt.

Auf den Fallkorper 1 wirken im Wesentlichen drei Kräfte ein, die in der Figur 6 durch Pfeile angedeutet sind. Aufgrund der Gravitation wird der Fallkorper 1 nach unten beschleunigt. Diese Kraft ist in der Figur 6 mit dem Zeichen F _G bezeichnet. In die entgegengesetzte Richtung, also nach oben, wirken die Auftriebskraft F _A sowie die Reibungskraft F _R auf den Fallkor- per 1 ein. Die Auftriebskraft F _A wird durch das Volumen und die Dichte des Fallkorpers 1 sowie die Dichte der Flüssigkeit bestimmt und ist daher konstant. Die Reibungskraft F _R hangt dagegen von der Geschwindigkeit v ab, mit der der Fallkorper 1 sich durch die Flussigkeitssaule 2 bewegt und nimmt im AIl- gemeinen mit ansteigender Geschwindigkeit v zu.

Ausgehend von einer Ruhelage oder einer Anfangsgeschwindig ^¬ keit V ₀ wird der Fallkorper 1 zunächst so lange durch die Gravitationskraft F _G beschleunigt, bis sich ein Kraftegleich- gewicht zwischen der Gravitationskraft FQ auf der einen und der Auftriebskraft F _A und der Reibungskraft F _R auf der ande ^¬ ren Seite einsetzt. Somit sinkt der Fallkorper 1 nach Einstellung dieses Gleichgewichts mit konstanter Geschwindigkeit v zu Boden, wobei ausgehend von dem Stoke' sehen Reibungsge- setz mittelbar die dynamische Viskosität η der Flussigkeits ^¬ saule 2 bestimmt werden kann.

Nachteilig an dem beschriebenen Fallkorperviskosimeter ist insbesondere deren verhältnismäßig aufwandiger Aufbau, der sich nicht für eine vollautomatische Messung in einem ge ^¬ schlossenen Olkreislauf, beispielsweise dem einer Brennkraft ^¬ maschine, einsetzen lasst. Darüber hinaus ist die Bestimmung

der Viskosität im Allgemeinen erst nach Einsetzen der Gleichgewichtsbedingung möglich. Zudem überlagern die Einwirkungen von Stoßen, beispielsweise aufgrund von Straßenunebenheiten, die auf den Fallkorper einwirkende Gravitationskraft F _G und verfalschen somit das Messergebnis.

Figur 1 zeigt eine horizontale Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße, insbesondere einer Viskosität, gemäß einer Ausges ^¬ taltung der Erfindung. Gemäß der Anordnung der Figur 1 ist ein Messelement 3 beweglich in einem Fluid 4 angeordnet. Bei dem Messelement 3 kann es sich beispielsweise wiederum um ei ^¬ ne Kugel oder um einen anderen Korper bekannter Geometrie handeln. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um einen Kraftstoff wie Benzin oder Dieselkraftstoff, ein Gemisch ver- schiedener Kraftstoffarten wie beispielsweise dem Kraftstoff ^¬ gemisch E50 mit 50 Prozent Ethanol und 50 Prozent Benzin, oder Biodiesel, also einem Raps-Methyl-Ester-Gemisch (RME) handeln. Auch andere Flüssigkeiten, wie beispielsweise Motorole unterschiedlicher Viskositäten und Bremsflüssigkeiten können als Fluid 4 dienen. Auch Kenngroßen von Gasen können bestimmt werden, wobei in diesem Fall aufgrund der sehr viel geringeren Dichte des Fluids ein besonders großes Messelement 3 oder ein kleine Beschleunigungskrafte eingesetzt werden sollte .

Die Bewegung des Messelementes 3 ist in der in der Figur 1 dargestellten Anordnung auf eine im Wesentlichen horizontale Ebene begrenzt. Somit ist ein Einfluss der Gravitationskraft F _G auf die Bewegung des Messelementes 3 ausgeschlossen. Auf das Messelement 3 wirken somit nur die Reibungskraft F _R und eine entgegengesetzte Vorschubskraft F _v ein, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Bei der Vorschubskraft F _v kann es sich beispielsweise um die Kraft einer gespannten Feder oder die eines Elektromagneten handeln, die auf das Messelement 3 einwirkt. Aufgrund der Beschleunigung durch die Vorschubs ^¬ kraft F _v wird das Messelement 3 in der Figur 1 nach rechts

beschleunigt. Dabei nimmt die Geschwindigkeit v des Messele ^¬ mentes 3 mit der Zeit zu.

Im Falle, dass sich durch die Bewegung der Kugel eine lamina- re Strömung ausbildet, das heißt, dass in dem Fluid mit der dynamischen Viskosität η keine Verwirbelungen auftreten, wird die Reibungskraft F _R durch das Gesetz von Stokes bestimmt, wobei für eine Kugel mit dem Radius r und der Geschwindigkeit v das Folgende gilt:

F _R -6-π-η-r-v

Bei Verwendung einer Feder zum Beschleunigen des Messelementes 3 gilt für die Vorschubskraft F _v :

F _v = D ■ δ/

wobei δ/ die Auslenkung des Messelementes 3 beziehungsweise die Ausdehnung der Feder und D für die Federkonstante steht.

Im Kräftegleichgewicht (F _V -F _R ) gilt somit

D- Al -o-π -η-r-v → η

6- π-r-v

Für den zurückgelegten Weg gilt bei zunehmende Geschwindig ^¬ keit im Sonderfall v ₀ = 0, das heißt aus der Ruhelage des Messkorpers 3 hinaus:

. , 1 2 • δ/ 2 t

Für eine konstante Geschwindigkeit v, also im Gleichgewichts ^¬ fall, gilt:

δ/ v — — t

Eingesetzt in die Viskositatsgleichung ergibt sich:

η- beziehungsweise η = -

12 • π • r 6-π-r

In der Praxis handelt es sich je nach Viskosität des Fluids sowie der Anordnung des Sensors um den einen oder anderen Fall oder eine Kombination beider Falle. Bevorzugt sollte die Proportionalitatskonstante daher für den beabsichtigten Mess ^¬ bereich bestimmt und zur Eichung der Sensoranordnung verwen- det werden.

Somit ergibt sich im laminaren Fall folgende Abhängigkeit:

η ~ t

Im turbulenten Fall, das heißt bei der Ausbildung von Verwir- belungen in dem Fluid 4, muss an Stelle der Stoke' sehen Reibung, die Newtonsche Reibung verwendet werden:

F _R =--p-A-v ² -c _w 2

Dabei steht p für die Massendichte des Fluids. Der Stromungs- widerstandskoeffizienten c _w liegt zwischen 0,055 für eine

Stromlinienform und 1,3 bei einer besonders ungunstigen Geo- metrie. Eine Kugel als Messelement 3 besitzt einen Stromungs- widerstandskoeffizienten c _w von 1,0.

Für die projizierte Flache A einer Kugel mit Radius r gilt:

A = r ² -π

Somit ergibt sich im Kräftegleichgewicht (F _V =F _R ) :

D-Al = --p-r -π-v -c _w → p = —

2 r -π-v -c _^

Für die kinematische Viskosität Ukm gilt:

wobei η für die dynamische Viskosität oder einfach Viskosi ^¬ tät steht. Unter Verwendung der obigen Viskositatsgleichung ergibt sich:

2 - D - M - 2 - M η -- ^U k:„

2 mit V — r ^■ π ^■ v ² t

2 - D - M - t ² - u D ^■ t ² - u η = -

4-M -r -π-c _w 2-M-r -π-c _w

Somit ergibt sich im turbulenten Fall folgende Abhängigkeit:

η ~ t ^{2 •} u _kin

Zur Unterscheidung zwischen laminarem und turbulenten Fall kann beispielsweise die Reynoldszahl Re einer gegebenen Anordnung bestimmt werden, wobei sich oberhalb eines Grenzwer- tes Rβknt eine turbulente Strömung und unterhalb dieses

Grenzwertes Re _krit eine laminare Strömung ausbildet. Für ein kugelförmiges Messelement 3 betragt Rβknt = 2. Aufgrund der einfacheren Zusammenhange bietet sich im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik insbesondere der laminare Fall an.

Die oben angeführten Formeln sind abhangig von den geometrischen Gegebenheiten des Messelementes 3. Bei der Verwendung eines nicht kugelförmigen Messelementes 3 müssen die zugrunde gelegten Bedingungen entsprechend angepasst werden. An Stelle einer analytischen Bestimmung der Zusammenhange kann, insbesondere bei unregelmäßig gestalteten Messelementen, auch ein Eichverfahren zum Bestimmen von Referenzwerten verwendet werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Anordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.

Ein Messelement 3, das über einem Schwingarm 5 an einer Achse 6 beziehungsweise in einem Lager derart aufgehängt ist, dass es im Wesentlichen nur auf einem Kreissegment innerhalb einer Ebene beweglich ist, wird durch Einwirken einer Vorschubkraft F _v in Richtung des Pfeiles 7 beschleunigt. Dabei kann die Vorschubskraft F _v beispielsweise durch eine Feder oder durch eine bestromte Spule ausgeübt werden, die eine magnetische oder paramagnetische Komponente des Messelementes 3 oder des Schwingarms 5 anzieht. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wird das Messelement 3 durch ein Federelement 15 von einem ersten Messpunkt 8 zu einem zweiten Messpunkt 9 bewegt, die in einem vorbestimmten Abstand d voneinander angeordnet sind.

Am ersten Messpunkt 8 schließt das Messelement 3 einen ersten Kontakt 10, der beim Verlassen des Messelementes 3 geöffnet wird. Der zweite Messpunkt 9 bildet einen zweiten Kontakt 11, der beim Erreichen des Messelementes 3 an dem zweiten Messpunkt 9 geschlossen wird. An den ersten Kontakt 10 und dem zweiten Kontakt 11 ist eine Zeitmessvorrichtung 12 angeschlossen, die die Zeit zwischen Offnen des ersten Kontaktes 10 und Schließen des zweiten Kontaktes 11 bestimmt. Ausgehend von der Bestimmung dieser Zeitdauer kann gemäß obiger Herleitung unter anderem die dynamische Viskosität η des Fluids 4 bestimmt werden.

Des Weiteren umfasst die Anordnung gemäß Figur 2 ein Ruckhal- teelement, im Ausfuhrungsbeispiel eine Spule 13. Die Spule 13 ist an eine Steuervorrichtung 14 angeschlossen, die mit der Zeitmessvorrichtung 12 verbunden ist oder diese umfasst. Durch die Steuervorrichtung 14 kann die Spule 13, die das Messelement 3 an dem ersten Messpunkt festhalt, jederzeit ab- geschaltet werden. Nach Abschalten der Spule 13 wird das

Messelement 3 in Richtung des Pfeiles 7 durch die Vorschubs-

kraft Fv in Richtung des zweiten Messpunktes 2 beschleunigt. Gleichzeitig wird der erste Kontakt 10 unterbrochen.

Anstelle eines Signals des ersten Kontakts 10 kann die Steu- ervorrichtung 14 auch ein Signal an die Zeitmessvorrichtung 13 übertragen, um den Beginn einer Messung zu kennzeichnen. Auf den ersten Kontakt 10 kann in einer derartigen Ausgestaltung verzichtet werden. Wird anstelle des Federelementes 15 eine zweite Spule zur Beschleunigung des Messelementes 3 aus einer Ruhelage verwendet, kann die Startzeit der Messung auch durch den Zeitpunkt der Bestromung der Spule bestimmt werden.

Anstelle von Kontakte können selbstverständlich auch Lichtschranken oder andere Sensoren zur Erkennung der Position des Messelementes 3 eingesetzt werden. Dabei ist es unerheblich, ob durch den oder die Sensoren ein Schaltkreis geöffnet ge ^¬ schlossen oder in sonstiger Weise verändert wird, um die Position des Messelementes 3 zu signalisieren.

Im in der Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wird die Spule 13 außerdem dazu verwendet, das Messelement 3 nach er ^¬ folgter Messung zurück zum ersten Messpunkt 8 zu befordern. Dazu muss die von der Spule 13 ausgeübte Kraft die Federkraft des Federelementes 15 übersteigen.

Alternativ ist auch eine Ausgestaltung mit zwei Spulen 13 möglich, bei der sowohl in Vorschubs- als auch in Ruckholrichtung die elektromagnetische Anziehungskraft zum Beschei ^¬ nigen des Messelementes 3 verwendet wird. Ist die Anordnung inklusiv der Spulen 13 symmetrisch ausgestaltet, kann eine

Messung sowohl in erster als auch zweiter Richtung erfolgen, wobei die Funktion von Vorschub- und Ruckhalteelement sowie erstem und zweitem Messpunkt zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen jeweils vertauscht werden.

Zur technischen Umsetzung der Anordnung gemäß der Figuren 2 oder 3 bietet sich insbesondere die Verwendung eines gegebe-

nenfalls modifizierten Relais an, dessen Schaltkontakte zu ^¬ mindest teilweise in das zu messende Fluid 4 eintauchen. Da ^¬ bei stellt ein Relais insbesondere erste und zweite Kontakte 10 beziehungsweise 11 für die Zeitmessung zur Verfugung. Des Weiteren kann der Kontaktarm eines Relais als Schwingarm 5 eingesetzt werden. Federelemente 15 beziehungsweise Spulen 13 eines Relais dienen als Vorschubselemente beziehungsweise Ruckhalteelement oder umgekehrt. Somit muss ein Relais nur noch um eine geeignete Steuervorrichtung, die zum Einen die Spulen 13 des Relais in geeigneter Weise ansteuert, um die

Messung durchzufuhren, und die zum Anderen die Zeit erfasst, die das Messelement 3 für seinem Weg von dem ersten Messpunkt 8 zu dem zweiten Messpunkt 9 benotigt, misst.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung 14 dazu eingerichtet, ausgehend von der gemessenen Zeitdauer so ^¬ wie der bekannten Geometrie des Messelementes 3 und des Ab ^¬ stand d eine Kenngroße des Fluids 4, insbesondere deren dyna ^¬ mische Viskosität η, zu bestimmen. Hierzu eignet sich bei- spielsweise ein in die Steuervorrichtung 14 eingebauter Mikroprozessor, der beispielsweise aufgrund von bekannten Eichpunkten die aktuell gemessene dynamische Viskosität η zu bestimmen vermag. Alternativ kann diese Bestimmung auch durch eine andere Komponente, beispielsweise einen Bordcomputer ei- nes Kraftfahrzeuges vorgenommen werden.

Um einem Verschleiß insbesondere der elektrischen Kontakte, also dem ersten Kontakt 10 und dem zweiten Kontakt 11, entge ^¬ genzuwirken, ist es zudem möglich, die Anordnung in regelma- ßigen zeitlichen Abstanden automatisch zu reinigen. Beispielsweise ist es möglich, durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen einzelnen Messungen die Kontakte 10 oder 11 "freizubrennen". Gleichzeitig werden Schmutzpartikel oder sonstige Verunreinigungen von dem Federelement 15 oder dem Messelement 3 entfernt. Ein solches Freibrennen eignet sich insbesondere bei Verwendung der Anordnung in Verbindung mit

besonders schweren ölen oder sonstigen Flüssigkeiten mit verhältnismäßig hoher Beimischung von Fremdstoffen.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids 4. Auch die Anordnung gemäß Figur 3 umfasst ein Messelement 3, das in einer Ruhepo ^¬ sition 19 mit einem elektrischen ersten Kontakt 10 in Verbindung steht. über eine Spule 13 kann das Messelement 3, das beispielsweise einen Permanentmagneten umfasst, in Richtung des Pfeils 7 abgestoßen werden, sodass es die Ruheposition 19 verlasst. Die Spule 13 wird über eine Steuervorrichtung 14, die mit einer Zeitmessvorrichtung 12 verbunden ist, angesteuert.

Anders als in der Ausgestaltung gemäß Figur 2 ist das Mess ^¬ element 3 mittels eines elastischen Halteelementes 16 in ei ^¬ nem Fixpunkt 17 fest eingespannt, wobei das das Haltelement 16 gegenüber dem ersten Kontakt 10 vorgespannt ist. Somit übt das elastische Halteelement 16 eine Kraft auf das Messelement 3 aus, die das Messelement 3 in Richtung der Ruheposition 19 zurücktreibt .

Zur Bestimmung der Kenngroße des Fluids 4 wird das Messele ^¬ ment 3 der Anordnung gemäß Figur 3 zunächst durch die Spule 13 aus der Ruheposition 19 weggestoßen, sodass das Messelement 3 eine ausgelenkte Position 20 einnimmt, die in der Fi ^¬ gur 3 gestrichelt dargestellt ist. Nach einer vorbestimmten Zeit wird die Spule 13 durch die Steuervorrichtung 14 abge ^¬ schaltet, sodass das Messelement 3 in seine ursprungliche Ru- heposition 19 zum ersten Messpunkt 8 zurückkehrt und den ers ^¬ ten Kontakt 10 schließt.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird die Spule 13 nur für eine sehr kurze Zeitdauer aktiviert, sodass sich bei der Be- schleunigung des Messelementes 3 aus der Ruheposition 19 um einen Kraftstoß handelt und die durch die Zeitmessvorrichtung 12 bestimmte Zeitdauer die Zeit für den Weg des Messelementes

3 aus der Ruheposition 19 in die ausgelenkte Position 20 und zurück zur Ruheposition 19 umfasst. Dabei entspricht die Zeitdauer des einzelnen Weges der Hälfte der gemessenen Gesamtzeit. In diesem Ausfuhrungsbeispiel dient die Ruhepositi- on 19 sowohl als erster Messpunkt 8 als auch als zweiter Messpunkt 9.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung bleibt die Spule 13 solange aktiviert, bis das Messelement 3 sich sicher in einem Gleichgewichtszustand in der ausgelenkten Position 20 befindet, an dem sich die Abstoßungskraft der Spule 13 und die Ruckstellkraft des elastischen Halteelementes 16 aufheben. Die Zeitmessvorrichtung 12 beginnt die Zeitmessung mit Deaktivieren der Spule 13, und misst somit die Zeitdauer, die das Messelement 3 aus der ausgelenkten Position 20 zurück zur Ruheposition 19 benotigt. Hierbei dient also die ausgelenkte Position 20 als erster Messpunkt 8, wahrend die Ruheposition 19 als zweiter Messpunkt 9 dient.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Die Anordnung gemäß Figur 4 umfasst wiederum eine Zeitmessvorrichtung 12 mit einer Steuervorrichtung 14, an die eine Spule 13 angeschlossen ist. Die Zeitmessvorrichtung 12 ist mit einem ersten Kontakt 10 verbunden, der geschlossen ist, wenn sich ein Messelement 3 in einer Ruheposition 19 befindet. Das Messelement 8 ist an einem Schwingarm 5 befestigt, der in ei ^¬ ner Achse 6 beweglich gelagert ist.

In dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 4 handelt es sich bei dem Messelement 3 um ein magnetisches Messelement mit einem Nordpol N und einem Sudpol S. Somit kann das Messelement 3 mittels der Spule 13 sowohl abgestoßen als auch angezogen werden. Zur änderung der Richtung der Kraft zwischen der Spule 13 und dem Messelement 3 muss lediglich der Strom durch die Spule 13 mittels der Steuervorrichtung 14 umgepolt wer ^¬ den.

Zur Bestimmung der Kenngroße des Fluids 4 wird das Messele ^¬ ment 3 durch die Spule 13 zunächst abgestoßen, sodass es sich in Richtung des Pfeils 7 in eine ausgelenkte Position 20 be ^¬ wegt. Nach Einstellen eines Gleichgewichtes wird die Spule 13 umgepolt, und die Zeitmessung durch die Zeitmessvorrichtung 12 beginnt. Ab diesem Zeitpunkt zieht die Spule 13 das Mess ^¬ element 3 in Richtung der Ruheposition 20 an. Ausgehend von der Zeitdauer, die das Messelement 3 von der ausgelenkten Position 20 zurück zur Ruheposition 19 benotigt, kann bei- spielsweise die dynamische Viskosität η des Fluids 4 wie oben beschrieben bestimmt werden.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße eines Fluids 4. Gemäß der Figur 5 ist eine Zeitmessvorrichtung 12 mit zwei Steuervorrichtungen 14a und 14b verbunden. Die Steuervorrichtungen 14a und 14b sind mit jeweils einer Spule 13a beziehungsweise 13b verbun ^¬ den. Zwischen den beiden Spulen 13a und 13b ist ein Messelement 3, im Ausfuhrungsbeispiel ein biegsamer Metallstreifen, in einem Fixpunkt 17 eingespannt.

Des Weiteren ist auf dem Messelement 3 ein Sensorelement 18 angeordnet, das mit der Zeitmessvorrichtung 12 verbunden ist und eine Durchbiegung des Messelementes 3 erfasst. Bei dem Sensorelement 18 kann beispielsweise ein dünnes piezoelektri ^¬ sches Material umfassen, dessen Spannung vom Grad der Durchbiegung des Metallstreifens abhangt. Alternativ kann auch ein so genannter Dehnungsmessstreifen Verwendung finden, dessen elektrischer Widerstand von der Durchbiegung des Messelemen- tes 3 abhangt.

Durch abwechselndes Einschalten der Spulen 13a und 13b mit ^¬ tels der Steuervorrichtungen 14a beziehungsweise 14b wird das Messelement 3 in eine mechanische Schwingung zwischen einem ersten Messpunkt 8 und einem zweiten Messpunkt 9 versetzt. Anhand der von dem Sensorelement 18 empfangenen Sensordaten kann die Zeitmessvorrichtung 12 erfassen, an welchem Ort sich

das Messelement 3 zu jedem Zeitpunkt befindet. Ausgehend von dieser Information kann die Zeitmessvorrichtung 12 außerdem den Abstand d und die Periodendauer der Schwingung des Messelementes 3 bestimmen. Auf Grundlage des Abstandes d und der Zeitdauer der Bewegung des Messelementes 3 von dem ersten Messpunkt 8 zu dem zweiten Messpunkt 9 kann beispielsweise die dynamische Viskosität η des Fluids 4 wie oben beschrieben bestimmt werden.

Ist die dynamische Viskosität η des Fluids 4 bekannt, kann mit einer oben beschriebenen Anordnungen auch die Stromungsgeschwindigkeit innerhalb einer von dem Fluid 4 durchströmten Leitung bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Verlänge ^¬ rung beziehungsweise eine Verkürzung der Zeit bestimmt wer- den, die das Messelementes 3 für seine Bewegung im Vergleich zu einem in einem ruhenden Fluid 4 ermittelten Referenzwert benotigt, um vom ersten Messpunkt 8 zum zweiten Messpunkt 9 zu gelangen.

Sowohl bei der Viskositatsmessung als auch bei der Bestimmung der Stromungsgeschwindigkeit ist es gegebenenfalls von Vor ^¬ teil, eine Temperaturkompensation durchzufuhren. Gerade bei Schmierstoffen ist die Viskosität stark temperaturabhangig. Um eine temperaturunabhangige Bestimmung von Betriebsparame- tern wie beispielsweise dem Verschmutzungs- oder Alterungs ^¬ grad eines Ols durchzufuhren, sollte die gemessene dynamische Viskosität η des Fluids 4 daher anhand einer vorbestimmten Kennlinie normalisiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Anordnung daher einen Temperatursensor auf, der die Temperatur des Fluids 4 im Bereich des Messelementes 3 bestimmt. Gemäß einer Ausges ^¬ taltung ist der Temperatursensor mit der Steuervorrichtung 14 verbunden. Alternativ kann eine Temperaturkompensation auch ohne Verwendung eines zusatzlichen Temperatursensors in der Anordnung durchgeführt werden. Beispielsweise können hierzu Sensordaten, die an anderer Stelle eines Olkreislaufes er-

fasst werden über eine Kommunikationsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise einen so genannten CAN-Bus, be ^¬ reitgestellt werden. Die Korrektur kann dann über die Steuervorrichtung 14 oder einen hiervon verschiedenen Mikrokontrol- ler, beispielsweise eines Bordcomputers, durchgeführt werden.

Eine horizontale Anordnung zum Bestimmen einer Kenngroße ei ^¬ nes Fluids 4 hat die Besonderheit, gegen Unebenheiten der Straße resistent zu sein. Bei starken Quer- oder Langsbe- schleunigungen wirken dennoch Beschleunigungskrafte auf die Anordnung. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden diese zusatzlich auftretenden Kräfte durch eine Erfassung und Be- rucksichtung von Referenzwerten kompensiert. Beispielsweise kann die Anordnung hierzu mit zusatzlichen Beschleunigungs- sensoren ausgestattet werden, die eine Beschleunigung in

Rieht der Bewegungsrichtung des Schwingarms 5 ermitteln. Alternativ oder zusatzlich können auch mehrere Messwerte über einen Zeitraum hinweg integriert werden, um einen statistischen Mittelwert der Kenngroße zu bestimmen. In diesem Fall oder bei verhältnismäßig geringen Querbeschleunigungen kann auf eine Kompensation verzichtet werden.